[發明專利]一種超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010696362.4
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111895902B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 閆濤;潘志娟
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;C08J5/18;C08L75/04;C08K7/06
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 陸金星

1.一種超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器，其特征在于：包括長方形規整結構的碳納米纖維膜、第一銅絲、第二銅絲和透明聚氨酯基體，所述第一銅絲的連接端通過導電銀膠固定在所述碳納米纖維膜的左端，所述第二銅絲的連接端通過導電銀膠固定在所述碳納米纖維膜的右側，所述透明聚氨酯基體包覆所述第一銅絲的連接端、第二銅絲的連接端和所述碳納米纖維膜，所述透明聚氨酯基體呈“工”字型結構，將所述透明聚氨酯基體分成左基體、連接基體和右基體，則連接基體的長度為10～40mm，所述碳納米纖維膜的厚度為0.9～3.92μm，寬度為5～10mm，長度為40～70mm，所述碳納米纖維膜的長度與所述連接基體的長度之差為30mm，所述第一銅絲與所述碳納米纖維膜的左端端點的距離為5～10mm，所述第二銅絲與所述碳納米纖維膜的右端端點的距離為5～10mm，所述第一銅絲與所述第二銅絲之間的距離為30～60mm，所述超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器的寬度為25mm，長度為70mm，厚度為80μm～200μm。

2.一種超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)在高速旋轉的滾筒表面包覆鋅箔紙，利用單針靜電紡絲法，通過控制紡絲時間及接收滾筒的轉速獲得聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜，其中，所述聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜中石墨烯的質量分數為1％，所述鋅箔紙的厚度為10～25μm，所述紡絲時間為10～45min，所述滾筒的轉速為200～1000轉/分鐘，所述聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜的取向度為28.1％～61.7％；

(2)將包含鋅箔紙的聚丙烯腈/石墨烯復合納米纖維膜夾持于兩個多孔陶瓷片之間，在空氣氛圍下進行預氧化處理，準備一塊石墨板，所述石墨板具有長方形的槽，在所述槽的邊沿開設有多個半圓孔，所述半圓孔的深度與所述槽的深度相同，將經過預氧化處理后的包含鋅箔紙的碳納米纖維膜放置于所述槽中，隨后用另一塊平板狀的石墨板蓋于具有長方形的槽的石墨板上，并在氬氣氛圍下進行碳化處理，在碳化過程中鋅箔紙蒸發，獲得純超薄型碳納米纖維膜；

(3)將所述純超薄型碳納米纖維膜沿純超薄型碳納米纖維膜的取向方向或垂直于取向方向進行剪切，制備長方形規整結構的碳納米纖維膜；

(4)配備質量分數為5％的聚氨酯溶液，利用第一銅絲和第二銅絲將所述長方形規整結構的碳納米纖維膜的兩端固定在載玻片上，所述第一銅絲的連接端與所述長方形規整結構的碳納米纖維膜的左端端點距離為5～10mm，所述第二銅絲的連接端與所述長方形規整結構的碳納米纖維膜的右端端點距離為5～10mm，隨后用小于0.05g的質量分數為5％的聚氨酯溶液將所述長方形規整結構的碳納米纖維膜的兩端固定，再用導電銀膠將所述長方形規整結構的碳納米纖維膜分別與第一銅絲的連接端、第二銅絲的連接端連接，并進行干燥處理，所述干燥溫度為60℃，時間為0.5h，形成左、右兩電極；

(5)取小于0.1g的質量分數為5％的聚氨酯溶液將左、右兩電極間的碳納米纖維膜的邊緣固定于所述載玻片上；

(6)配備質量分數為5％～15％的聚氨酯溶液，取所述聚氨酯溶液快速鋪展至碳納米纖維膜表面，隨后用銀針將所述聚氨酯溶液均勻鋪展，進行熱風處理，直至所述聚氨酯溶液完全干燥形成透明聚氨酯基體，獲得初級傳感器；

(7)在室溫下，靜置兩天，將所述初級傳感器從所述載玻片上揭下，此時碳納米纖維膜被包裹在所述聚氨酯基體內，沿碳納米纖維膜的邊緣將所述初級傳感器剪裁成“工”字型結構形成超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器。

3.根據權利要求2所述的一種超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于：在步驟(2)中，所述槽的深度為0.2～0.5mm，所述半圓孔的半徑為0.2～0.5mm。

4.根據權利要求2所述的一種超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于：在步驟(2)中，所述預氧化處理的條件為270℃/1.5h，所述碳化處理的條件為1100℃/3h，所述純超薄型碳納米纖維膜的厚度為0.9～3.92μm。

5.根據權利要求2所述的一種超薄透明型碳納米纖維膜柔性應變傳感器的制備方法，其特征在于：在步驟(3)中，所述長方形規整結構的碳納米纖維膜的寬度為5～10mm，長度為40～70mm。